[發(fā)明專利]一種鋰離子電池負(fù)極材料鈦酸鋰的制備方法

無效

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• 申請日: 2010-10-28
• 公開（公告）號: CN102009998A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韓恩山;朱令之;張俊平;靳素芳
• 申請（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C01G23/00
• 分類號: C01G23/00;H01M4/485
• 代理公司: 天津翰林知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種鋰離子電池負(fù)極材料鈦酸鋰的制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池是一種新型的可充電電池，它體積比能量和質(zhì)量比能量高，可充且無污染，具備了當(dāng)前電池工業(yè)發(fā)展的三大優(yōu)勢，被人們稱之為“最有前途的化學(xué)電源”，因而一經(jīng)問世就受到了人們的廣泛關(guān)注，發(fā)展非常迅速。近年來已在各種便攜式電子產(chǎn)品和通訊工具中得到廣泛的應(yīng)用，并且被逐步開發(fā)為電動汽車的動力電源，是安全環(huán)保的新能源。

鋰離子電池的成功商品化主要歸功于用嵌鋰化合物代替金屬鋰負(fù)極。研究和開發(fā)新的電化學(xué)性能更好的負(fù)極材料為鋰離子電池研究領(lǐng)域的熱門課題。目前鋰離子電池負(fù)極材料大多采用嵌鋰碳材料。石墨材料的優(yōu)點為來源廣泛，價格便宜，充放電電壓平臺低，可逆容量高(理論值372mAhg)。但石墨與溶劑相容性差，大電流充放電性能不好，首次充放電時因溶劑分子的共嵌入使石墨層發(fā)生剝離，從而導(dǎo)致電極循環(huán)壽命降低。為了解決現(xiàn)有材料存在的各種缺陷，電池界做了大量研究，在對碳負(fù)極材料進(jìn)行各種改進(jìn)以改善其性能的同時，開發(fā)新型負(fù)極材料一直也是關(guān)注的焦點。因此從資源、環(huán)保及安全性能方面尋找鋰離子電池的理想負(fù)極活性材料，仍是今后一段時間世界化學(xué)電源界的研究熱點。

1996年，加拿大研究者K.zaghib首次提出可采用鈦酸鋰材料作負(fù)極與高電壓正極組成鋰離子蓄電池、與炭電極組成電化學(xué)混合電容器。后來，小柴信晴等人也將其作為鋰離子負(fù)極材料開展了研究。2001年，G.G.Amatucci等用Li₄Ti₅O₁₂代替雙電層電容器的負(fù)極，使用鋰電池用電解液，獲得了20wh/kg的能量密度。此后，人們對Li₄Ti₅O₁₂作為負(fù)極材料開始了大量的研究。日本東芝公司2007年宣布開發(fā)基于Li₄Ti₅O₁₂的鋰離子電池“SCiB”，旨在用于混合動力領(lǐng)域。美國Enerdel公司也于AABC-07會議上展示了Li₄Ti₅O₁₂混合動力車用鋰離子電池。

Li₄Ti₅O₁₂作為鋰離子電池負(fù)極材料具有很多優(yōu)點：(1)Li₄Ti₅O₁₂的理論比容量高，為175mAh/g；(2)在充放電過程中其骨架結(jié)構(gòu)幾乎不變，具有“零應(yīng)變”特性，因而循環(huán)性能穩(wěn)定；(3)嵌鋰電位高(1.55vs.Li/Li⁺)而不易引起金屬鋰析出，消除了安全隱患；(4)Li₄Ti₅O₁₂中，鋰離子擴(kuò)散系數(shù)(2×10^-8cm²/s)約為石墨中的10倍，具有大電流充放電優(yōu)勢。同時鈦資源豐富，價格低廉，因而，Li₄Ti₅O₁₂是鋰離子電池理想的負(fù)極候選材料。

目前，制備鈦酸鋰材料的方法有很多，研究使用最多的是高溫固相法，它操作簡便，易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。但常用的固相法分兩種，一種是直接將原料混合，進(jìn)行煅燒，這樣得到的材料顆粒較大，并且粒徑分布不均勻，電化學(xué)性能不穩(wěn)定；另一種是為了得到小粒徑的顆粒，往往采用機(jī)械球磨、過篩等對原料進(jìn)行預(yù)處理，使合成過程復(fù)雜，從而使生產(chǎn)成本增加。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明針對高溫固相法不足之處，通過使用價格低廉的二氧化鈦為鈦源，通過將鋰鹽、二氧化鈦、炭化劑一次性混合，避免了復(fù)雜的加料方式，在前驅(qū)體中加入適量溶劑，將物料強(qiáng)力攪拌均勻，實現(xiàn)物料分子級的混合并互相包裹，經(jīng)兩步煅燒制備了電化學(xué)性能優(yōu)良的Li₄Ti₅O₁₂負(fù)極材料。降低了合成過程的成本，使之易于實現(xiàn)工業(yè)化。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種鋰離子電池負(fù)極材料鈦酸鋰的制備方法，包括以下步驟：